什么是飞轮?

[拼音]：feilun

[外文]：fly wheel

安装在机器回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当机器转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少机械运转过程的速度波动。具有适当转动惯量、起贮存和释放动能作用的转动构件，常见于机器、汽车、自行车等，具有较大转动惯量的轮状蓄能器。不管什么飞轮，它们的原理都是单向向前的加力达到驱动的效果，而反向则是空转。

安装在机器回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当机器转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少机械运转过程的速度波动。

机械压力机、往复活塞压缩机和内燃机等在工作过程中，驱动力和工艺阻力常发生周期性变化。就机械的某一工作周期而言，由于驱动力做功和阻力做功相等，机械可保持稳定运转，但在稳定运转过程中主轴上的等效驱动力矩和等效阻力矩一般不会时刻相等。当等效驱动力矩大于或小于等效阻力矩时就会出现“盈功”或“亏功”，动能增加或减少会使机械加速或减速运转，从而出现速度的周期性波动。机械稳定运转过程中的速度波动会影响机械的工艺质量。例如由柴油机驱动的交流发电机主轴的转速波动，会引起交流电压波形畸变;交流电机驱动的剪切机速度波动过大，会使电动机工况变坏。以ωmax、ωmin和ωm分别表示机械在稳定运转阶段主轴的最大、最小和平均角速度，可用速度不均匀系数δ=(ωmax-ωmin)/ωm作为衡量转速均匀性的指标。某些机械的许用速度不均匀系数见附表。

机械在每一个稳定运转周期内的动能变化是个定值。安装飞轮可以增大机械的惯性参量，从而使其蓄、放定值动能时减少速度波动，控制δ〈[δ]。在冲压、剪切等机械上安装飞轮，还可以减小动力机的容量。这类机械的工艺阻力很大，如果按照这样大的阻力来选用大容量的动力机很不经济。但这类机械工艺阻力虽大，而作用时间很短，所以装上飞轮便可以选用一台容量较小的动力机，使其在大部分没有工艺阻力的时间内向飞轮贮能，而在工艺阻力作用的短暂时间内由飞轮释放能量，帮助动力机克服阻力。

在紧急情况下或在制动器检验装置中短时快速耗能情况下，飞轮还可用作动力源。此外，还可利用飞轮驱动车辆。

从减轻机械重量出发，飞轮应安装在转速较高的轴上，飞轮的质量分布应远离旋转轴线，因此大轮缘的轮幅式飞轮应用较广，用结构钢焊接的辐板式飞轮也较多采用。对低速重载的柴油机则多用剖分装配式飞轮。在一些机械中适当加大皮带轮和齿轮的转动惯量，也能起飞轮的作用。设计飞轮时必须考虑飞轮转动时由于离心力引起的轮缘拉应力，通常用限制圆周速度的办法来控制轮缘中拉应力的大小。铸铁轮辐式飞轮的周速应小于25～35米／秒，铸钢飞轮周速应小于50米／秒，盘形铸钢飞轮周速不能大于80米／秒。飞轮的设计和应用问题，属于机械动力学的研究内容。在起动频繁的机械中如装有飞轮，则应使飞轮通过离合器与转动轴相连，以缩短起、停过程。

飞轮是个储能器，在机械中广泛应用。我们常见的有家用缝纫机，在缝纫机头部的由皮带带动的手轮就是一个飞轮，可以看到家用缝纫机的飞轮比生产厂用缝纫机的飞轮小，由于飞轮小所以家用缝纫机的缝合厚度就比生产用缝纫机缝合厚度要小。是那边说起六七十年代北京生产的燕牌缝纫机号称比上海生产的缝纫机力量大，缝合厚度大。其实原理很简单，就是北京的缝纫机飞轮要大些重一些，所以在缝纫时它储存的动能大，所以遇到比较大的阻力时可以穿透。汽车的发动机都有一个飞轮，除了除了克服活塞的上下止点外还有克服汽车行驶中遇到瞬间阻力的作用。比如汽车要越过一个台阶，压过一块石头等等。农用只有十几马力的拖拉机却有一个老大的飞轮，这就使它力大无比，功率100kW的小汽车的拉力绝对比不上这个小拖拉机，汽车的飞轮小是其中原因之一。车床上的卡盘就是一个飞轮，同一台车床使用同一转速，当上小卡盘时，车削感觉无力，这是换上大卡盘立刻感觉车床有力了。同样冲床、摩擦压力机、剪板机都有一个飞轮，工作时并不是电动机的瞬时能量起作用而是电动机把能量输送给飞轮，飞轮储能，工作时飞轮释放出能量冲裁、剪断等等。

飞轮效应指为了使静止的飞轮转动起来，一开始你必须使很大的力气，一圈一圈反复地推，每转一圈都很费力，但是每一圈的努力都不会白费，飞轮会转动得越来越快。当达到一个很高的速度后飞轮所具有的动量和动能就会很大，使其短时间内停下来所需的的外力便会很大，便能够克服较大的阻力维持原有运动。在机械结构中一般用于通过运动机构中的的死点。

人在进入某一新的或陌生的领域的时候，都会经历这一过程。如果要让飞轮转起来不花太大力气，条件是要有足够的坚持，这也意味着得用时间足够来保证。“飞轮效应”让我们看到胜利的曙光，只要我们坚持不懈地推动事业的飞轮，终有一天，它会自己飞快地旋转起来，而无需费多大力气

这一原理告诉我们在每件事情的开头都必须付出艰巨的努力才能使你的事业之轮转动起来，而一当你的事业走上平稳发展的快车道之后，一切都会好起来。万事开头难，努力再努力，光明就在前头。持续的改善和提升绩效中蕴藏了巨大的力量。

当飞轮所受力达到临界点时，由于牵引力和惯性的存在，即使飞轮所受力失去的时候，飞轮也可以在一定的时间内转动。当做好所有准备后，获得的将是很好的发展，在发展的背后，将是许多许多的认同，认可与依赖。即使在某个时刻或在某个方面发生一点点失误时也不会导致完全的失败，因为我们已经被接受了，只要在失误之后能够及时的意识到失误，及时的更正，别人就会愿意继续的认可与依赖。

自行车飞轮在公路车（折叠车），山地车和攀爬车等一些比较具有专业性的行业被简称飞轮。

飞轮电池是20世纪90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池 的局限，用物理方法实现储能。众所周知，当飞轮以一定角速度 旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电 能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。

飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池"充电"增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。当飞轮电池发出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达200000r/min，使用的轴承为非接触式磁轴承。据称，飞轮电池比能量可达150W·h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮电池成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改成电动轿车，一次充电可行驶600km，由静止到96km/h加速时间为6.5秒。

近年来，飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述三项技术的飞速发展：一是高能永磁及高温超导技术的出现；二是高强纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展。为进一步减少轴承损耗，人们曾梦想去掉轴承，用磁铁将转子悬浮起来，但试验结果是一次次失败。后来被一位英国学者从理论上阐明物体不可能被永磁全悬浮（Earnshaw定理），颇使试验者心灰意冷。出乎意料的是物体全悬浮之梦却在超导技术中得以实现，真像是大自然对探索者的慰藉。

飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机—发电机和电力电子变换装置。

电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。同时由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率（输入输出）达95%左右。

实际使用的飞轮装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量由公式E=1/2jω^2决定。式中j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关；ω为飞轮的旋转角速度。

电力电子变换器通常是由MOSFET和IGBT组成的双向逆变器，它们的原理不再叙述，它们决定了飞轮装置能量输入输出量的大小。

飞轮是一个质量较大的铸铁惯性圆盘，它贮蓄能量，供给非作功行程的需求，带动整个曲连杆结构越过上、下止点，保证发动机曲轴旋转的惯性旋转的均匀性和输出扭矩的均匀性，借助于本身旋转的惯性力，帮助克服起动时气缸中的压缩阻力和维持短期超载时发动机的继续运转。多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡，否则在旋转时因质量不平衡而产生的离心力将引起发动机振动，并加速主轴承的磨损。为了在拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与曲轴之间应有严格的相对位置，用定位销或不对称布置螺栓予以保证。飞轮常见的损坏部位是齿圈磨蚀损坏、端面烧蚀、挠曲变形及飞轮螺孔损伤。飞轮总成是发动机的重要部件，它的运转每分钟高达上百转，其重要性由此可见。

飞轮一般由飞轮、齿圈、离合器定位销、轴承等组成，部分产品轴承用花键代替。

转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。对于四冲程发动机来说，每四个活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。

在曲轴的动力输出端，也就是连变速箱和连接做功设备的那边。飞轮的主要作用是储存发动机做功冲程外的能量和惯性。四冲程的发动机只有做功一个冲程吸气、压缩、排气的能量来自飞轮存储的能量。平衡纠正一下不对，发动机的平衡主要靠去轴上的平衡块单缸机专门有平衡轴。

飞轮具有较大转动惯量。由于发动机各个缸的做功是不连续的，所以发动机转速也是变化的。当发动机转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来;当发动机转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少发动机运转过程的速度波动。

装在发动机曲轴后端，具有转动惯性，它的作用是将发动机能量储存起来，克服其他部件的阻力，使曲轴均匀旋转;通过安装在飞轮上的离合器，把发动机和汽车传动连接起来;与起动机接合，便于发动机起动。并且是曲轴位置传感和车速传感的集成处。

在作功行程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中，飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功，从而使曲轴转速不致降低太多。

除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时，以及调整气门间隙。

射频放大电路中的“飞轮效应”是指在射频的输入信号被放大电路的工作点决定电路的导通角不能使信号被全角导通而放大时，为了使输出的仍是不失真的信号，此时，在输出的电路中设计加装性能良好的与输入信号谐振的通道电路，利用这一射频的谐振特性自动使不能通过的那部分信号在输出的电路中谐振产生，使输出的信号仍是不失真的射频信号，有如飞轮的惯性可以在四冲程发动机中的作用一样的一种效应。

利用射频放大电路中的“飞轮效应”，能使我们把射频放大器的静态屏流减至最小，从而把效率提高到单端乙丙类的程度，而且具有不失真的射频输出。但是，在“飞轮效应”的一般应用中，却受到限制。这主要表现在： 一般用户不具备对“飞轮效应”产生的设计和复杂的调整能力，加上一般用户的天线是宽频带天线，不能对应于某个频率下谐振的高Q值，从而不能使“飞轮”发生，甚至根本不产生谐振。然而，在专业和业余电台的应用中，却有可能做到，专业的不用说了，业余家的自制能力和精心的调整及其他们实用的专用于频段内的窄带天线，“飞轮效应”常会用于他们的射频功率放大器电路。

“飞轮效应”产生的关建部分在输出的电路中设计加装性能良好的与输入信号谐振的通道电路，和乙丙类工作点的选择。关于“飞轮效应”的谐振电路，实际上可选择的电路为 L 型或π型的双调谐或单调谐电路，可跟据实际运用灵活掌握，例如： 在较小功率时，可选用L型双调谐，而在大功率时则可选择π型。在带外抑制达不到指标的情况下，还应在输出电路中加装带通滤波器或加装天调，以使电路良好的产生“飞轮效应”并谐振于工作频率。

参考文章

在高速运转的机械飞轮外部安装防护罩，属于（）的安全技术措施。法律题库

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